Микробный синтез на основе целлюлозы: белок и другие ценные продукты - Лобанок А.Г.
ISBN 5-343-00283-8
Скачать (прямая ссылка):
Первыми в отечественной литературе, кто попытался обобщить данные по проблеме микробиологической деградации лигнина, были Грушников и Антропова (1975). Авторы отмечают, что еще в 1928 г. Бавендамм обнаружил способность грибов белой гнили при культивировании на агаровой среде, содержащей галловую или танниновую кислоты, образовывать темно-окрашенную зону вокруг мицелиальных пленок. Бавендамм связывал способность грибов расщеплять лигнин с продуциро-
125
ванием фенолоксидазы. Однако позже было показано, что неспособность дереворазрушающих грибов окислять фенолы в агаровой среде нельзя считать доказательством невозможности утилизировать лигнин.
До сих пор роль фенолоксидаз в биодеградации лигнина остается невыясненной, ибо, по данным ряда авторов, как де-структирующие лигнин грибы белой гнили, так и неразруша-ющие лигнин грибы бурой гнили продуцируют фенолокисляю-щие ферменты, причем некоторые грибы бурой гнили выделяют больше фенолоксидаз, чем некоторые грибы белой гнили. Все это указывает на то, что в процессе деградации лигнина принимают участие и другие энзиматические системы. Установлено, что деструкция лигнина грибами приводит к уменьшению количества метоксильных групп и увеличению содержания общих и фенольных гидроксильных, карбонильных и карбоксильных групп.
Низкомолекулярными продуктами микробиологической деградации лигнина могут быть ванилиновая, /гара-оксибензойная, феруловая, 4-окси-З-метоксифенилпировиноградная, пара-окси-коричная кислоты, гваяцилглицерин, ванилин, дегндродивани-лин, конифериловый и сиреневый альдегиды, пара-оксикоричный альдегид, гваяцилглицерин-|3-конифериловый эфир. Наблюдается некоторая специфичность в действии грибов на лигнин. Так, продуктами метаболизма грибов рода Мисог оказались альдегиды и некоторые кислоты, рода Trichoderma—- кетоны, бензойная и ванилиновая кислоты, рода Aspergillus ¦—конифериловый альдегид, яара-оксибензальдегид, дегидродиванилин, кетоны и кислоты. Продуктами деградации лигнина грибами рода Peniccillium и Fusarium явились спирты, отсутствующие в случае грибов родов Мисог, Trichoderma и Aspergillus, а также фенолы, некоторые альдегиды, кетоны и кислоты.
С целью выяснения роли пероксидазы и лакказы в деградации лигнина было исследовано действие этих ферментов на мономерные (гваякол, 2,6-диметоксифенол, глицерилариловые эфиры) и димерные (1-гваяцил-2-сирингилэтанол, пинорезинол и дегидродиизоэвгенол) фенольные соединения, структурно родственные лигнину. Ферментативное воздействие приводит к образованию продуктов более высокой молекулярной массы в результате углерод-углеродного и углерод-кислородного сочетания. Нефенольные модельные соединения не затрагиваются обеими ферментными системами, что говорит о том, что их каталитический эффект по своей природе окислительный, а не гидролитический (Dart et al., 1987).
Анализируя литературные данные о роли лакказы при биодеградации лигнина и его модельных соединений, Озолиня и Сергеева (1987) отмечают, что мнения исследователей по этому вопросу расходятся. Одни считают, что при действии лакказы на лигнин наблюдается незначительная потеря метоксильных
126
групп и преобладают процессы полимеризации за счет радикальных процессов. Другие указывают на процессы деметокси-лирования и окисления. Разноречивость во взглядах авторов объясняется тем, что препараты лакказы, выделенные из различных грибов, обладают разными свойствами, более того, по-разному действуют на лигнин и его модельные соединения даже изоэнзимы лакказы одного и того же гриба.
По мнению Грушникова и Антроповой (1975), наиболее обоснованной представляется выдвинутая Кирком «фенолоксидаз-ная гипотеза», согласно которой фенолокисляющие ферменты дереворазрушающих грибов катализируют окисление фенольных ОН-групп макромолекулы лигнина, в результате чего образуются нестабильные свободные радикалы, которые затем стабилизируются в ходе реакций, приводящих к конденсации некоторых лигнинных структур и одновременному расщеплению углерод-углеродных связей между боковыми цепями и кольцами других окисленных фенолпропановых звеньев. Деструкция лигнина происходит в результате серии одноэлектронных переносов, приводящих в конечном итоге к отщеплению боковых цепей. Вследствие разнообразия связей между мономерными звеньями в лигнине полное разрушение может не включать прямую атаку на каждую из этих связей с освобождением низкомолекулярных фенольных соединений. Скорее, имеет место прямая атака на общие структурные элементы полимера, такие, как ароматические ядра, а разрыв связей между фенилпропа-новыми звеньями протекает косвенным путем. Однако имеющиеся в литературе данные пока не позволяют сделать однозначный вывод как о ферментных системах, так и о механизме микробиологической деградации лигнина.
Предполагается, что анаэробные микроорганизмы не способны разрушать лигнин. Аскомицеты и некоторые несовершенные грибы разлагают его частично. В большей степени способны метаболизировать лигнин базидиомицеты, к числу которых относятся общеизвестные грибы, вызывающие белую гниль древесины (Kirk, 1985). Классическим объектом в исследованиях по утилизации лигнина стал представитель базидиомицетов Sporotrichum pulverulentum. Установлено (McDonald et al.,
